摘要：房屋結構設計中建筑結構設計的優(yōu)化就是利用最少的造價和有限的資源、空間，實現(xiàn)房屋安全、適用、經(jīng)濟、美觀的綜合最優(yōu)化。本文通過建筑結構設計優(yōu)化的方法及意義，建筑結構設計優(yōu)化的技術，建筑結構設計優(yōu)化的步驟及建筑結構設計的經(jīng)濟性四個方面對房屋結構設計中建筑結構設計的優(yōu)化進行分析。

　　關鍵詞：房屋;結構設計;優(yōu)化分析

　　Abstract: the design of building structure design of the building structure optimization is the use of the least cost and limited resources, space, realize building security, is applicability, economy, and beautiful integrated optimization. This article through the building structure design optimization method and significance, building structure design optimization technology, building structure optimization design of building structural design steps and the economy of the four aspects to building structural design of the optimization design of the building structure is analyzed.

　　Keywords: houses; Structure design; Optimization analysis

　　中圖分類號：S611 文獻標識碼：A 文章編號：

　　房屋結構設計中建筑結構設計的優(yōu)化就是最大程度上利用有限的資源和空間，以最低的工程造價，實現(xiàn)房屋安全性、經(jīng)濟性、適用性和美觀性等的綜合最優(yōu)化[1]。采用結構設計優(yōu)化方法，在使房屋內(nèi)部功能結構協(xié)調(diào)的同時，有效降低工程的造價。房屋建設是一項投資巨大的工程，因此，房屋結構設計必須要全方位且多角度地考慮各方面的因素，正確處理房屋經(jīng)濟性與技術功能的對立統(tǒng)一關系。建筑結構優(yōu)化設計要盡量避免以下兩種情況：一是過分強調(diào)經(jīng)濟性，重視資金節(jié)約和減低造價，忽略房屋設計的技術、功能要求。二是過分強調(diào)房屋的技術和功能，忽略房屋的造價，造成資金的浪費。

　　一、建筑結構設計優(yōu)化的方法及意義

　　1. 建筑結構設計優(yōu)化的方法

　　建筑結構設計優(yōu)化的方法分為對房屋的分部結構設計的優(yōu)化方法和對房屋總體結構設計的優(yōu)化方法[2]。房屋結構設計中建筑結構設計的優(yōu)化一般包含以下幾個方面的內(nèi)容：對房屋基礎結構的設計進行優(yōu)化;對房屋頂部結構的設計進行優(yōu)化;對房屋的護圍支撐結構進行優(yōu)化以及對房屋總體設計結構及細節(jié)部分進行優(yōu)化;最重要的是在房屋設計要求及設計規(guī)范內(nèi)，在滿足房屋功能及技術要求的前提下，合理降低工程造價，即對房屋的造價進行最優(yōu)化設計。

　　2. 建筑結構設計優(yōu)化的意義

　　建筑結構設計優(yōu)化的意義在于可以最大程度地充分利用資源與空間，高效利用材料與設備，使房屋結構功能合理、協(xié)調(diào)，安全可靠。實現(xiàn)房屋結構設計的“安全性、適用性、經(jīng)濟性、美觀性”的最優(yōu)化設計。

　　二、房屋設計中建筑結構設計優(yōu)化的技術

　　1.概念設計優(yōu)化技術與房屋結構設計優(yōu)化相結合

　　概念設計優(yōu)化技術就是設計人員根據(jù)設計的一般規(guī)律和實踐經(jīng)驗，對房屋建筑結構設計的多種方案進行分析并擇優(yōu)選擇方案的過程。建筑物的結構布置，房屋細節(jié)部位的處理，載荷的確定及儀器設備參數(shù)的選取等都需要設計人員進行概念設計。概念設計需要設計人員對方案進行全面的、綜合的分析，從而選擇出最佳方案。

　　2. 概念設計優(yōu)化技術與實際建筑的設計問題相結合

　　在地震等不可預期的自然災害中，房屋一旦倒塌或損壞，將會對人們的生命財產(chǎn)造成嚴重的損失。因此，房屋結構設計必須考慮抗震結構設計的優(yōu)化。對房屋的抗震設計而言，概念設計優(yōu)化技術尤為重要。因為地震發(fā)生的復雜性和強度的不確定性，使得計算設計很難進行。而概念設計是綜合考慮決定抗震性能的各種因素和造價因素，選擇抗震性和經(jīng)濟性最強的方案[3]。房屋抗震結構設計中概念設計的指導思想是小震不壞、中震可修、大震不倒的分類設防抗震思想和多道設防思想。多道設防思想是指在發(fā)生大地震時，先破壞房屋次要的結構，消耗地震能量，盡量保證房屋的主體結構不遭到破壞。通過概念設計優(yōu)化技術，結合房屋建筑的實際情況，使房屋在各種不確定的外部災害的作用下避免坍塌和損壞，盡量將損壞程度及經(jīng)濟損失減小到最低。

　　三、房屋設計中建筑結構設計優(yōu)化的步驟

　　1.構造結構設計優(yōu)化模型。

　　設計優(yōu)化模型的構造一般分為三步進行。第一步是選擇合適的設計變量。一般選擇對建筑結構影響較大的參數(shù)變，這樣可以有效簡化設計工作和減少計算量。第二步是確定目標函數(shù)。在滿足設計要求及規(guī)范的條件下，使房屋設計的造價最小。第三步是確定約束條件。約束條件包括各個方面，比如應力約束條件、強度約束條件等。

　　2.選定結構設計優(yōu)化方案。

　　房屋建筑結構的設計優(yōu)化問題是多變量、多約束條件的非線性優(yōu)化問題。在計算過程中，需要先將問題轉(zhuǎn)化為無約束條件的線性優(yōu)化問題。[4]一般來說，房屋設計優(yōu)化問題的求解過程比較復雜，需要通過計算機編程來實現(xiàn)。

　　3.進行計算機編程

　　根據(jù)建立的模型及優(yōu)化方案，進行計算機編程。計算機編程應選擇運算速度快且功能較全的編程軟件。在編程時要選擇合適的方法，需考慮的因素有：編寫及形成程序所需花費的工作量及其他代價;解出所要求的最優(yōu)化問題，計算機執(zhí)行程序所花費的時間和費用;程序預期的可靠性，即是否有把握達到所期望的結果;程序的通用性，即是否可以用它來解決其他問題。總之，應從經(jīng)濟效益出發(fā)，選擇合適的方法，使程序達到最優(yōu)的預期結果。

　　4.結果分析

　　通過結果分析，選出最佳的優(yōu)化設計方案。建筑結構設計的優(yōu)化應綜合考慮各種因素，以期達到安全、經(jīng)濟與實用的綜合最優(yōu)化。

　　四、房屋設計中建筑結構設計的經(jīng)濟性

　　1.房屋結構設計中用地面積方面的經(jīng)濟性

　　隨著時代的發(fā)展，我國大中型城市出現(xiàn)了大批高層甚至超高層建筑結構。此類房屋建筑的總面積是各層建筑的面積之和。因此，房屋層數(shù)越多，單位面積的房屋占用的建筑土地面積越小。但是隨著房屋層數(shù)的增多，房屋設計的總高度也會增加，這導致相鄰建筑的日照距離增加，使一定建筑面積房屋的總數(shù)目減少。此外，房屋層數(shù)越高，需要的投資越高，抗震設計難度及造價也顯著增大。綜上，單位房屋用地面積并不總是隨著房屋層數(shù)的增大而提高。因此，通過優(yōu)化設計，綜合考慮安全性和經(jīng)濟性等各個方面問題，選出最佳的房屋建筑層數(shù)。

　　2.房屋結構設計中造價方面的經(jīng)濟性

　　由于房屋的建筑層數(shù)直接影響單位面積房屋占用的建筑土地面積，則房屋建筑層數(shù)也會直接影響房屋單位面積的造價，進而影響整個建筑的經(jīng)濟性。隨著房屋設計的層數(shù)增加，房屋建筑的墻、柱的等承重結構的載荷增大，抗震設計方面的造價會顯著增大，導致房屋建筑單位面積的造價升高[5]。此外，無論建筑物層數(shù)是多少，建筑物頂部的面積不會改變。因此，隨著房屋層數(shù)的增高，建筑物頂部單位面積的造價會降低。房屋的公共基礎部分是建筑結構的重要組成部分。房屋層數(shù)增大，基礎承受的載荷也會相應增大，導致造價的升高，同時，房屋建筑的總面積也顯著增大。一般來講，房屋建筑基礎單位面積的造價會隨著層數(shù)的增加呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢。綜上所述，需要采用設計優(yōu)化技術，選取最適的建筑設計層數(shù)。

　　3.高層住宅結構設計的經(jīng)濟性

　　由上面的分析可知，隨著建筑層數(shù)的增加，住宅的墻體及柱體等支持結構的面積會增加。這會使住宅的水、電、天然氣等的管線長度增加，增加造價。相反，降低建筑物層數(shù)，一方面可以節(jié)約材料，有利于抗震設計，另一方面，可以減少房屋建筑的總高度，進而減少相鄰建筑物之間的日照距離，使有限建筑面積可建設的房屋總數(shù)目增加。

　　五、結束語

　　房屋結構設計中建筑結構設計的優(yōu)化需要全方位、多角度地考慮各種因素，以達到安全性、適用性、經(jīng)濟性和美觀性的綜合最優(yōu)化。這幾個方面是矛盾統(tǒng)一的關系，結構設計的優(yōu)化就是找到其最佳組合方式。房屋結構設計中建筑結構設計的優(yōu)化要求我們在實踐中善于思考、敢于探索，努力實現(xiàn)用最低的造價實現(xiàn)最大的經(jīng)濟效益的優(yōu)化目標。

　　參考文獻：

　　[1] 饒遠文. 結構設計優(yōu)化技術及其在房屋結構設計中的應用[J], 價值工程.2009.

　　[2] 鄒俊. 建筑結構設計優(yōu)化方法在房屋結構設計中的現(xiàn)實應用[J], 應用技術, 2010.

　　[3] 辛海虹. 結構設計優(yōu)化技術與其在房屋結構設計中的應用[J]. 價值工程,2010.

　　[4] 蔣啟平. 工程結構優(yōu)化設計的新方法[J].工業(yè)建筑， 2008： 15-16.

　　[5] 翁維素. 運用系統(tǒng)思想. 優(yōu)化工程結構設計.實現(xiàn)節(jié)約目標[J]. 河北建筑工程學院學報,2008.